葛鶯鏖

（浙江浙能鎮(zhèn)海聯(lián)合發(fā)電有限公司，浙江省寧波市，315200）

1 項目背景和要求

某燃機電廠EX2000靜態(tài)微機型勵磁調(diào)節(jié)裝置由GE公司為9E型燃機配套設(shè)計生產(chǎn)，采用自并勵勵磁方式，功率柜為三相全控單橋形式。在多年的實際運行中因勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)計上存在很多局限，如調(diào)節(jié)器設(shè)計為單橋單控，缺乏備用；勵磁調(diào)節(jié)器的控制單元同功率單元布置在同一柜體內(nèi)，不僅易相互干擾，而且控制卡件間的連接扁平電纜易受功率塊冷卻風(fēng)機的振動引起接觸不良；采用常閉接點邏輯保護形式，運行中任一常閉接點動作或接觸不良都會引起機組跳閘等。此外EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的備件價格昂貴，隨著機組運行年限的增加，維護費用逐年增加。

針對以上問題，該燃機電廠決定采用可靠成熟的國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器，既可大幅提高設(shè)備的可靠性，又實現(xiàn)設(shè)備的國產(chǎn)化，降低維護成本，更重要的是要打破進口設(shè)備的技術(shù)壟斷。該項目改造的關(guān)鍵難點在于，必須通過對9E燃機控制系統(tǒng)MKV與勵磁調(diào)節(jié)器EX2000二者之間配合關(guān)系的試驗研究，得到二者之間的最佳組合關(guān)系，解決采用國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)替代EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)瓶頸。

2 主要改造技術(shù)工作

2.1 改造前對9E燃機勵磁系統(tǒng)的控制策略研究

9E燃機EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的特點是它與機組MKV控制系統(tǒng)間采用通訊連接的方式，不僅包括常規(guī)的機組勵磁啟停、升降等指令信號，還包括很多其他反饋信號和發(fā)電機的許多模擬量參數(shù)信號。因原生產(chǎn)廠商不提供這些傳遞到MKV控制系統(tǒng)的信號的含義和功能，必須通過試驗研究破解9E燃機勵磁系統(tǒng)的控制策略，才能設(shè)計出原系統(tǒng)非標準通訊協(xié)議的替代方案。通過研究控制策略，找到所有在MKV控制系統(tǒng)中通過通訊方式傳遞的勵磁調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)，并確定其邏輯及作用，得出改造后需保留的邏輯程序。

原廠商為9E燃機配套生產(chǎn)的EX2000勵磁系統(tǒng)圖如圖1所示。

2.2 改造主要技術(shù)工作

改造采用國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的RCS－9400型勵磁系統(tǒng)，如圖2所示。

國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器包括可控硅整流裝置柜2臺，勵磁調(diào)節(jié)器柜1臺，滅磁、過壓保護、起勵裝置柜1臺。改造后，將原測量壓變3YH引入調(diào)節(jié)器作為第2組PT值；將原A、C相發(fā)電機定子電流反饋改為A、B、C三相電流反饋；新增勵磁電流(勵磁變低壓側(cè))反饋。由于EX2000與MKV的數(shù)據(jù)交換通過特定的通訊方式實現(xiàn)，與傳統(tǒng)的模擬量數(shù)據(jù)、開關(guān)量信號存在差異，改造中通過試驗確認了調(diào)節(jié)器狀態(tài)反饋量對MKV控制系統(tǒng)的影響、調(diào)節(jié)器信號對MKV中同期并網(wǎng)邏輯的影響以及MKV控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)量對勵磁調(diào)節(jié)器的作用。

經(jīng)過這一系列試驗，確定了改造后的勵磁調(diào)節(jié)器與MKV控制系統(tǒng)間的連接信號，并能夠滿足與MKV控制系統(tǒng)的配合要求。連接信號見表1。

表1 勵磁調(diào)節(jié)器與MKV間的通訊信號一覽表Tab.1 Communication signals between exciter regulator and MKV

改造完成后進行了靜態(tài)模擬試驗和動態(tài)試驗，其中，發(fā)電機空載動態(tài)試驗包括：開機升壓試驗、階躍響應(yīng)試驗、逆變試驗、A/B通道切換試驗、電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗、勵磁TV斷線試驗、空載分滅磁開關(guān)試驗、空載最大勵磁電流限制試驗、伏赫茲限制試驗；發(fā)電機負載動態(tài)試驗包括：并網(wǎng)帶負荷、磁場過流過熱限制、滯相定子過流反時限制、無功功率欠勵限制。試驗結(jié)果表明國產(chǎn)化的勵磁系統(tǒng)完全能滿足9E燃機的發(fā)電運行需要，并且控制和保護邏輯設(shè)定準確、作用正常。

2.3 勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器試驗

勵磁系統(tǒng)模型見圖3，參數(shù)見表2，PSS模型見圖4，PSS參數(shù)見表3。電壓調(diào)差率為0。

表2 9E燃機勵磁系統(tǒng)原型模型參數(shù)Tab.2 PE gas-turbine exciting system model parameters

通過對模型進行發(fā)電機空載5%給定階躍響應(yīng)的仿真計算和現(xiàn)場實測響應(yīng)作比較，仿真計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致，證明所提供的模型參數(shù)具有良好的可信度，可供電力系統(tǒng)仿真計算使用。

通過勵磁系統(tǒng)滯后特性的測量以及PSS有補償響應(yīng)，并分別在PSS退出和投入的情況下，進行±3%的階躍響應(yīng)試驗，錄取機端電壓Ug、有功功率P和無功功率Q的動態(tài)過程。試驗表明，PSS投入后，阻尼比有明顯提高，振蕩次數(shù)明顯減少，PSS作用正確。PSS試驗表明，PSS有很好的阻尼低頻振蕩作用，在0.2～2.0 Hz頻率范圍內(nèi)相位補償符合要求，有很好的穩(wěn)定裕量。

表3 PSS整定參數(shù)Tab.3 PSS setting parameters

2.4 改造后的運行情況和效益

通過實際運行工況的考驗,該燃機發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器運行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)特性良好，與機組MKV控制系統(tǒng)的配合無任何沖突，改變了原調(diào)節(jié)器EX2000單控單橋的運行方式，不僅提高了運行可靠性，而且大幅降低了設(shè)備的日常維護費用。原EX2000勵磁系統(tǒng)升級至EX2100費用至少需60萬美元，而本項目國產(chǎn)化改造總投資僅約70萬元，原EX2000勵磁系統(tǒng)維護費用每年約40萬元，國產(chǎn)化改造后每年維修費用不超過5萬元。并且，提高供電可靠性、減少燃機的非計劃停運所產(chǎn)生的社會效益已不能簡單用發(fā)電量來衡量了。

3 結(jié)論

該改造項目根據(jù)9E型燃機EX2000勵磁系統(tǒng)與MARK V燃機控制系統(tǒng)一體化設(shè)計的特點，通過破解原系統(tǒng)的控制策略提出了非標準通訊協(xié)議的替代方案，成功地將國產(chǎn)RCS-9400微機勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)用于9E燃機，并完成勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)測辨和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗。各項勵磁系統(tǒng)試驗結(jié)果表明國產(chǎn)微機勵磁系統(tǒng)性能優(yōu)越，運行穩(wěn)定，調(diào)試簡便迅速，整體性能符合國家及行業(yè)勵磁標準，滿足燃機安全穩(wěn)定運行的各項技術(shù)要求。同時建立了可反映強勵、限幅、PID和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特性的RCS-9400勵磁系統(tǒng)詳細模型，空載階躍仿真計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致，模型參數(shù)可信度高。PSS試驗分析也證實了在提供系統(tǒng)阻尼、抑制低頻等方面的優(yōu)越性。

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